ナノメートルサイズの微小温度計及びその製造方法
【課題】マイクロメートルサイズの環境において広い温度範囲の温度計測に使用できる新規なナノメートルサイズの微小温度計及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ガリウムを内含したカーボンナノチューブ２の両端に電極３，４を取り付け、これを被温度測定物に入れ、電極３，４間に電圧を印加して電気抵抗を測定して温度計測を行う。カーボンナノチューブには空隙がないようにガリウムを充填するかガリウムの空隙を設けてもよい。マイクロメートルサイズの環境において、−８０℃から５００℃までの範囲の温度計測が可能となる。ガリウムの空隙がある場合には、温度上昇と共にガリウムが膨張し、空隙が消滅することを利用しても温度測定を行い得る。メタンガスと窒素ガスとを流しながら、窒化ガリウム粉末を１３００℃に加熱することで、ガリウムを内含したカーボンナノチューブ１１を形成する。
【解決手段】ガリウムを内含したカーボンナノチューブ２の両端に電極３，４を取り付け、これを被温度測定物に入れ、電極３，４間に電圧を印加して電気抵抗を測定して温度計測を行う。カーボンナノチューブには空隙がないようにガリウムを充填するかガリウムの空隙を設けてもよい。マイクロメートルサイズの環境において、−８０℃から５００℃までの範囲の温度計測が可能となる。ガリウムの空隙がある場合には、温度上昇と共にガリウムが膨張し、空隙が消滅することを利用しても温度測定を行い得る。メタンガスと窒素ガスとを流しながら、窒化ガリウム粉末を１３００℃に加熱することで、ガリウムを内含したカーボンナノチューブ１１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートルサイズの微小温度計及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、物質の電気抵抗が温度によって変化することを利用して、電気抵抗を測定することにより温度を計測する、ナノメートルサイズの微小温度計及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブが発見されて以来、多くの研究者によってカーボンナノチューブの技術改良やその利用法が見出されている。例えば、電界効果素子、走査プローブ顕微鏡用のプローブの先端、超伝導材料、高感度微量天秤、構造材料、ナノスケール操作用の微小鉗子、ガス検知器及び水素エネルギー貯蔵装置等の部品に広く利用されている。
【０００３】
また、種々の充填物をカーボンナノチューブの中に内包（すなわち内含）させる研究も盛んに行われており、内含される物質としては、金属、超伝導体，半導体、磁性体、有機分子半導体、有機色素分子、気体分子などが検討されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、最近では、多くの研究者がマイクロメートルサイズ領域の研究分野に参入してきており、マイクロメートルサイズ環境における温度計測が可能なナノメートルサイズの大きさを持つ温度計に対する要望が強まっている。これまでに知られている微小なサイズの温度計は計測可能な温度範囲が比較的狭く、広範囲の温度を計測する場合には、計測する温度範囲ごとに数種の温度計を準備する必要がある。そこで、単独で広範囲の温度を計測できるナノメートルサイズの微小な温度計の開発が強く望まれていた。
【０００５】
このような状況において、比較的広い温度範囲で正確に温度計測を可能にするために、ガリウム柱が内含されているカーボンナノチューブで、ナノメートルサイズの微小な温度計を構成することが提案されている。この温度計の原理は通常用いられている水銀温度計やアルコール温度計と同様に、ガリウムが温度変化により広範囲に直線的に膨張または収縮することを利用するものであり、このガリウム柱の長さの変化を高分解能電子顕微鏡で観察、測定することによって温度を計測している（特許文献２、非特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、このガリウム柱を内含したカーボンナノチューブで構成されたナノメートルサイズの微小温度計は、温度を計測しようとする対象物を高分解能透過型電子顕微鏡の測定領域中に入れなければ、柱状ガリウムの長さを読み取ることができない。そして、その長さを読み取るために温度計を被測定物の中から外部に取り出してしまうと、柱状ガリウムの長さが室温のガリウムの長さに戻ってしまうので、被測定物の高温時における正確な温度を知ることができない。
【０００７】
上記問題に対処するため、次のような方法も提案されている。即ち、上記のナノメートルサイズの微小温度計を空気中の被測定物中に入れることにより、ガリウム柱の先端は被測定物中で酸化されて酸化ガリウムになる。この酸化ガリウムは固体であり、かつ、カーボンナノチューブと強固に接着する。このため、微小温度計を被測定物中から取り出し、温度が変化しても酸化ガリウムの先端部の位置は変化しないので、この位置を後から計測することにより被測定物の温度を正確に知ることができる（例えば、特許文献３、非特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２２７８０６号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７７６２号公報
【特許文献３】特開２００５−２４２５６号公報
【非特許文献１】P.Ajayan、他、Nature,361巻、333 頁、1993年
【非特許文献２】Y.H.Gao 、他、Nature, 415 巻、599 頁、2002年
【非特許文献３】Y.H.Gao 、他、Appl.Phys.Lett.83 巻、2913頁、2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３や非特許文献３に開示されている方法においても、電子顕微鏡による長さの観察や測定が必要であり、装置が大きく高価となり、しかも、簡単に測定することができないという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、よく知られている白金抵抗温度計と同様に、物質の電気抵抗が温度によって変化することを利用し、抵抗を測定することによって温度を計測する、新規なナノメートルサイズの微小温度計とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のナノメートルサイズの微小温度計は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブからなる抵抗素子を含み、抵抗素子の温度により変化する抵抗を測定して温度計測を行なうことを特徴とする。
さらに、本発明のナノメートルサイズの微小温度計は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブの両端に設けられた電極と、からなる抵抗素子を温度検知素子とすることを特徴とする。
上記構成において、カーボンナノチューブは、好ましくは、その長さが１〜１０μｍ、直径が３０〜１５０ｎｍである。
上記構成によれば、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブの抵抗が温度により変化する。この抵抗と温度との関係を予め求めておく。任意の測定環境にガリウムが内含されたカーボンナノチューブを設置して、その抵抗を測定することにより、予め求めておいた抵抗と温度との関係から逆算して、測定環境の温度を求めることができる。
【００１２】
上記構成において、カーボンナノチューブには、ガリウムが空隙なく充填されている。このように、カーボンナノチューブ内にガリウムが充填されているので、ガリウムの温度変化による抵抗値から逆算して、測定環境の温度を求めることができる。
【００１３】
上記カーボンナノチューブには、部分的にガリウムが充填されていてもよい。この場合には、カーボンナノチューブ内のガリウムの膨張する温度範囲内で変化する抵抗領域と、カーボンナノチューブ内がガリウムの膨張によりガリウムで満たされた温度以上における抵抗領域からなる異なる抵抗変化が得られる。このガリウムの温度変化による抵抗値から逆算して、測定環境の温度を求めることができる。さらに、カーボンナノチューブ内のガリウムのない空隙が、温度上昇に伴うガリウムの膨張により消滅したときには、大きな抵抗変化が生じる。この大きな抵抗変化を利用すれば、カーボンナノチューブ内のガリウム空隙が消滅する温度を検知するスイッチとなる。
【００１４】
また、本発明の微小温度計の製造方法は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブの両端に電極を設ける工程を含むことを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、メタンガスと窒素ガスとを流しながら、窒化ガリウム粉末を１３００℃に加熱することにより、ガリウムを内含したカーボンナノチューブを形成する。この構成によれば、予め基板に電極を形成しておき、ガリウムを内含したカーボンナノチューブの分散液を滴下することで、ナノメートルサイズの微小温度計を得ることができる。
【００１５】
上記構成において、さらに、カーボンナノチューブにガリウムが充填されない空隙を設ける工程を施してもよい。このように、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブに、ガリウムが充填されない空隙を設ける工程を施すことにより、この空隙の温度上昇による消滅が生起する、ナノメートルサイズの微小温度計を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マイクロメートルサイズの環境において広い温度範囲で温度計測ができる。即ち、一種類の微小温度計で−８０℃から５００℃までの範囲の温度計測が可能となる。さらに、よく知られているように、ガリウムは一旦融解して液体状態になると過冷却状態を維持し凝固温度が著しく下がるので、広範囲の温度計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は、本発明の実施形態に係るナノメートルサイズの微小温度計の構成を模式的に示す平面図であり、図２及び図３は、図１のＸ−Ｘ方向に沿う断面図である。図１に示すように、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ（以下、適宜、ガリウム内含カーボンナノチューブと言う。）２からなる抵抗素子１０を、含み構成されている。
ガリウム内含カーボンナノチューブ２は、基板５上に設けられた電極３，４上に接続して固定されている。電極３，４は金属薄膜などから成る導電性薄膜として形成されている。基板５としては、絶縁体からなる基板や酸化膜で被覆された半導体基板を用いることができる。
【００１８】
図２に示す本発明のナノメートルサイズの微小温度計１においては、両端が閉じたカーボンナノチューブ６の中空部内に、ガリウム７が空隙なく充填されている。
【００１９】
これに対して、図３に示す本発明のナノメートルサイズの微小温度計１Ａにおいては、両端が閉じたカーボンナノチューブ６には、その中空部に部分的にガリウム７が充填されており、さらに、ガリウム７が充填されていない空隙８が部分的に存在し、全体として、空隙８を有するガリウム７が内含されたカーボンナノチューブ２となっている。この空隙８は、ガリウム内含カーボンナノチューブ２を、原子間力顕微鏡のカンチレバーを操作することなどにより形成することができる。この空隙８は、カーボンナノチューブ６内に複数設けてもよい。
【００２０】
ガリウム内含カーボンナノチューブ２は、好ましくは、その長さが１〜１０μｍ、直径は３０〜１５０ｎｍである。例えば、カーボンナノチューブ６の内径を約２５ｎｍとし、その壁の厚さを約６ｎｍとすることができる。
【００２１】
図４は、本発明のナノメートルサイズの微小温度計による温度測定を模式的に説明する図である。図４に示すように、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１において、ガリウム内含カーボンナノチューブからなる抵抗素子１０の電極３，４には、銅線などからなる導線９，９を介して抵抗測定手段１５が接続されている。
ここで、抵抗測定手段１５はガリウム内含カーボンナノチューブからなる抵抗素子の電気抵抗（以下、単に抵抗と呼ぶ）を測定できれば何でもよく、直流及び交流を用いた方法からなる抵抗測定器などで構成することができる。最も簡便な方法は、抵抗素子１０の電極３，４に直流電圧（Ｖ）源を接続し、このとき抵抗素子１０に流れる電流（Ｉ）を測定し、抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｖ／Ｉとして計算すればよい。この抵抗測定器のような抵抗測定手段１５は、集積回路などの能動素子や各種受動部品からなる電子回路により製作することができる。
【００２２】
図５は、図２のナノメートルサイズの微小温度計１における温度と抵抗との関係を示す図である。図２に示すように、カーボンナノチューブ６内にガリウム７が空隙なく充填されている場合には、ガリウム内含カーボンナノチューブ２からなる抵抗素子１０の抵抗は、カーボンナノチューブ６に充填されているガリウム７による抵抗となる。つまり、温度の上昇と共に、その抵抗値は増大する。この場合、抵抗素子１０の周囲温度をＴとすると、そのときの抵抗素子１０の抵抗Ｒが抵抗測定手段１５により検出される。
【００２３】
したがって、予め、温度を変えたときのガリウム内含カーボンナノチューブ２からなる抵抗素子１０の抵抗を測定し、この抵抗素子１０に対する温度と電気抵抗の関係を求めておく。次に、ナノメートルサイズの微小温度計１を、被測定物中に挿入し、その抵抗を測定することにより、被測定物の周囲の未知の温度を測定することができる。このように、ガリウム内含カーボンナノチューブ２からなる抵抗素子１０は、温度検知素子として機能する。
【００２４】
図６は、図３のナノメートルサイズの微小温度計１Ａにおける温度と抵抗との関係を示す図である。図の矢印Ｄの太い点線で示す抵抗値は、図５で説明したカーボンナノチューブ６内にガリウム７が空隙なく充填されている場合の抵抗である。
図６に示すように、カーボンナノチューブ６内にガリウムの空隙８がある場合には、低温Ｔ1 においては、ガリウムの空隙８により抵抗が大きい状態となっている（図６のＡ参照）。低温Ｔ1 からＴ2 の温度範囲では、温度の上昇によりカーボンナノチューブ６内のガリウムが膨張するので抵抗値は減少する（図６のＡ参照）。空隙８内でガリウム同士が接触し始める温度Ｔ2 （抵抗はＲ2 ）以上になると、抵抗は急減し、空隙８が消滅する温度Ｔ3 での抵抗はＲ3 となる（（図６のＢ参照））。
一方、Ｔ3 以上の温度、例えばＴ4 においては、カーボンナノチューブ６内にガリウムが充填されているので、図５に示したカーボンナノチューブ６内にガリウム７が空隙なく充填されている場合の抵抗と同じになる（図６のＣ参照）。
したがって、このナノメートルサイズの微小温度計１Ａの場合にも、温度と電気抵抗の関係を求めておけば、被測定物周囲の未知の温度を測定することができる。
【００２５】
ナノメートルサイズの微小温度計１及び１Ａにおける、図５及び６の抵抗変化は、低温から高温、逆に高温から低温と変えても変化しない、即ち可逆性がある。特に、カーボンナノチューブ６内にガリウムの空隙８がある場合のナノメートルサイズの微小温度計１Ａにおいては、ガリウムの空隙８が消滅するときの温度Ｔ3 を検出することができる。この場合には、温度がＴ2 〜Ｔ3 のときに、Ｒ2 からＲ3 への急激な抵抗変化が生じる。この抵抗変化をスイッチとしてしても利用することができる。
【００２６】
これにより、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１，１Ａによれば、マイクロメートルサイズのような微小サイズの環境において広い温度範囲で温度計測が可能となる。よく知られているように、ガリウムは一旦融解して液体状態になると、過冷却状態を維持し凝固温度が著しく下がるので、−８０℃から５００℃までの範囲の温度計測が可能となる。さらに、一種類の温度計で広い範囲の温度を計測することができる。
【００２７】
次に、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１の製造方法について説明する。
最初に、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ２の製造方法を説明する。先ず、窒化ガリウムの粉末を坩堝に入れて、坩堝を高周波誘導加熱装置などによる加熱装置の反応管内に設置する。そして、反応管内を減圧した後に、所定流量の窒素ガスとメタンガスとの混合ガスを反応管内に導入し、誘導加熱コイルにより坩堝を所定の温度に加熱する。この加熱により坩堝内の窒化ガリウムが昇華及び分解し、ガリウムを生成する。そして、反応管内で坩堝よりも温度が低い箇所に、ガリウムの液滴が生成される。
一方、メタンガスの分解によりカーボンクラスターが生成するので、このカーボンクラスターがガリウム液滴と連続的に合体する。この一連の反応により、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ２が成長する。
【００２８】
また、上記の製造方法で得た所定の寸法のガリウム内含カーボンナノチューブ２を、原子間力顕微鏡を用いて、原子間力顕微鏡のカンチレバーを所定の圧力で押圧することで、内含するガリウムを押しのけて空隙８を形成することができる。
【００２９】
次に、このように成長させたガリウム内含カーボンナノチューブ２を用いた、抵抗体１０の製造方法について説明する。
最初に、基板５の全面に電極となる材料をスパッタ蒸着した後、リソグラフィー技術により電極３，４を加工する。
上記基板５に、ガリウム内含カーボンナノチューブの分散液を滴下し乾燥する。次に、電極３，４とガリウム内含カーボンナノチューブ２との間に交流電圧を印加して、電極３，４とガリウム内含ナノチューブ２とを確実に接触させる。
最後に、ナノメートルサイズの微小温度計１を走査型電子顕微鏡で観察し、ガリウム内含カーボンナノチューブ２の配置や形状、電極３，４との接触具合を確認する。
以上のようにして製造された抵抗体１０に抵抗測定手段１５を接続して、ナノメートルサイズの微小温度計１又は１Ａを得ることができる。
【実施例１】
【００３０】
次に、実施例を示してさらに具体的に説明する。
最初に、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ２を以下のように作製した。
窒化ガリウム粉末１．０ｇをグラファイト製坩堝に入れ、この坩堝を縦型高周波誘導加熱装置の中に設置した。反応管を１０-3Ｐａまで減圧した後、流量２０００ｓｃｃｍ (standard cubic cm per minute) の窒素ガスと流量１５ｓｃｃｍのメタンガスとの混合ガスを流しながら、１３００℃で窒化ガリウムの昇華と分解を行い、ガリウム液滴を生成させた。このようにして生成したガリウムの液滴は、反応管中の約８００℃の部分に形成された。
一方、メタンの分解によりカーボンクラスターが生成し、これがガリウム液滴と連続的に合体して、ガリウムを内含したカーボンナノチューブ２に成長した。このとき得られたカーボンナノチューブ２の内径は約２５ｎｍであり、その壁の厚さは約６ｎｍで、長さは数μｍであった。そして、このカーボンナノチューブ２内には、ガリウムが充填されていた。
【００３１】
次に、得られたカーボンナノチューブ２を電極３，４間に配置して、抵抗素子１０を作製した。
厚さ２０ｎｍの二酸化珪素膜の付いたシリコン基板５に、厚さ３０ｎｍのタングステンでコートされた厚さ１０ｎｍのチタンの金属膜をスパッタで成膜し、さらにリソグラフィーにより電極３，４に加工することで、電極３，４間の距離が１μｍの電極付きシリコン基板を作製した。この基板上の電極３，４間にガリウムを内含したカーボンナノチューブ２のエタノール分散液を超音波処理して滴下した。
そして、周波数２ｋＨｚで３Ｖの交流電圧を印加することにより、カーボンナノチューブ２と各金属電極３，４との接触を強固にして抵抗体１０を作製した。
【００３２】
作製したナノメートルサイズの微小温度計１の電極３，４間に、０．０１Ｖの直流電圧を印加して、ホットプレート上で温度を上昇させながら抵抗を測定した。
図７は、実施例１のガリウムを内含したカーボンナノチューブを有するナノメートルサイズの微小温度計１を用いて、温度に対する抵抗値を測定した結果を示す図である。図において、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗値（Ω）を示す。
図７から明らかなように、、測定環境の温度が上昇すると抵抗値が直線的に増加することが分かる。また、温度が１℃上昇する毎に電気抵抗が１．２７Ω上昇することが分かった。この関係を利用することにより、温度未知の物体にこの微小温度計１を挿入し、電気抵抗を測定すれば温度を求めることができた。
【実施例２】
【００３３】
実施例２として、カーボンナノチューブ内にガリウムの空隙８を設けたナノメートルサイズの微小温度計１Ａを作製した。
先ず、実施例１と同様にガリウム内含カーボンナノチューブ２を作製した。
次に、ガリウム内含カーボンナノチューブ２の部分に原子間力顕微鏡のカンチレバーを３００ｎＮの力で押し付けて、内含するガリウムを押しのけて空隙８を形成した。この空隙８の大きさは、カーボンナノチューブの長さ方向に１３０ｎｍであった。このガリウムの空隙８を設けたカーボンナノチューブを、実施例１と同様に基板に載置して、ナノメートルサイズの微小温度計１Ａを作製した。
【００３４】
図８は、実施例２の空隙を有するガリウム内含カーボンナノチューブ２の走査型電子顕微鏡像の一例であり、（ａ）〜（ｄ）は、その温度が１９℃、６３℃、３４３℃、４３０℃の場合の各像である。
図８（ａ）において、中央部の上下方向が空隙を有するガリウム内含カーボンナノチューブ２であり、その真中の白い部分が空隙８で、この空隙８の上部及び下部の黒い部分がガリウム７である。
図８（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、温度が１９℃、６３℃、３４３℃まで上昇するとガリウムが膨張するので、カーボンナノチューブ２内の空隙８の長さは短くなることが分かり、４３０℃では空隙８は完全に消滅し、１本の連続したガリウム柱となることが判明した。
【００３５】
次に、ナノメートルサイズの微小温度計１Ａをホットプレート上に載せて、実施例１と同じ方法で抵抗を測定した。
図９は、実施例２の空隙を有するナノメートルサイズの微小温度計１Ａの温度に対する抵抗の関係の一例を示す図である。図において、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗値（ｋΩ）を示す。図中の白四角の抵抗値Ｒ（図１０の−□−参照）は、測定データである。実線の抵抗値Ｒ* は、ガリウム内含カーボンナノチューブ２と電極３，４との接触抵抗の温度依存性を考慮したもので、図８の測定結果から求めた温度１℃上昇に対して抵抗値の増加分（１．２７Ω／℃）と温度との積を、測定データから差し引いて補正した抵抗である。
【００３６】
図９から分かるように、測定し補正した抵抗値は、温度上昇に伴って直線的に減少して、１７５℃で急激に減少し、その後は実施例１の場合と同様にやや増加した。また、ガリウム内含カーボンナノチューブ２は、抵抗が大きい空隙８を含んでいるため、温度が上昇する前の低温（１７５℃以下）における抵抗は大きくなっている。このため、温度の上昇とともにガリウム７の膨張で空隙８の長さが短くなり、抵抗が直線的に低下している。このとき、温度が１℃上昇する毎に抵抗値は４．５９Ω低下している。
【００３７】
したがって、この関係を利用し、温度未知の物体中にこの微小温度計１Ａを挿入して抵抗を測定すれば温度が求まる。なお、実施例２では空隙が１７５℃で消滅し、これより高い温度での抵抗値が実施例１よりも高くなっているが、これはカンチレバーで押し付けたときカーボンナノチューブの直径が変動したことによると推定される。図９の場合では、上記１７５℃よりも高い温度で空隙が消滅している。したがって、実施例２で用いたガリウム内含カーボンナノチューブ２よりも、空隙８の長さを長くすれば、さらに高温までの温度を計測できることは明らかである。
【００３８】
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、実施例においては、交流電圧印加による電極の接合強化方法を用いたが、他の方法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るナノメートルサイズの微小温度計の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ方向に沿う断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ方向に沿う別の断面図である。
【図４】本発明のナノメートルサイズの微小温度計による温度測定を模式的に説明する図である。
【図５】図２のナノメートルサイズの微小温度計における温度と抵抗との関係を示す図である。
【図６】図３のナノメートルサイズの微小温度計における温度と抵抗との関係を示す図である。
【図７】実施例１のガリウムが内含されたカーボンナノチューブを有するナノメートルサイズの微小温度計の温度に対する抵抗値を示す図である。
【図８】実施例２の空隙を有するガリウム内含カーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡像の一例であり、（ａ）〜（ｄ）は、その温度が１９℃、６３℃、３４３℃、４３０℃の場合の各像である。
【図９】実施例２の空隙を有するナノメートルサイズの微小温度計において、温度に対する抵抗の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ナノメートルサイズの微小温度計
２：ガリウム内含カーボンナノチューブ
３，４：電極
５：基板
６：カーボンナノチューブ
７：ガリウム
８：空隙
９：導線
１０：抵抗素子
１５：抵抗測定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートルサイズの微小温度計及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、物質の電気抵抗が温度によって変化することを利用して、電気抵抗を測定することにより温度を計測する、ナノメートルサイズの微小温度計及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブが発見されて以来、多くの研究者によってカーボンナノチューブの技術改良やその利用法が見出されている。例えば、電界効果素子、走査プローブ顕微鏡用のプローブの先端、超伝導材料、高感度微量天秤、構造材料、ナノスケール操作用の微小鉗子、ガス検知器及び水素エネルギー貯蔵装置等の部品に広く利用されている。
【０００３】
また、種々の充填物をカーボンナノチューブの中に内包（すなわち内含）させる研究も盛んに行われており、内含される物質としては、金属、超伝導体，半導体、磁性体、有機分子半導体、有機色素分子、気体分子などが検討されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、最近では、多くの研究者がマイクロメートルサイズ領域の研究分野に参入してきており、マイクロメートルサイズ環境における温度計測が可能なナノメートルサイズの大きさを持つ温度計に対する要望が強まっている。これまでに知られている微小なサイズの温度計は計測可能な温度範囲が比較的狭く、広範囲の温度を計測する場合には、計測する温度範囲ごとに数種の温度計を準備する必要がある。そこで、単独で広範囲の温度を計測できるナノメートルサイズの微小な温度計の開発が強く望まれていた。
【０００５】
このような状況において、比較的広い温度範囲で正確に温度計測を可能にするために、ガリウム柱が内含されているカーボンナノチューブで、ナノメートルサイズの微小な温度計を構成することが提案されている。この温度計の原理は通常用いられている水銀温度計やアルコール温度計と同様に、ガリウムが温度変化により広範囲に直線的に膨張または収縮することを利用するものであり、このガリウム柱の長さの変化を高分解能電子顕微鏡で観察、測定することによって温度を計測している（特許文献２、非特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、このガリウム柱を内含したカーボンナノチューブで構成されたナノメートルサイズの微小温度計は、温度を計測しようとする対象物を高分解能透過型電子顕微鏡の測定領域中に入れなければ、柱状ガリウムの長さを読み取ることができない。そして、その長さを読み取るために温度計を被測定物の中から外部に取り出してしまうと、柱状ガリウムの長さが室温のガリウムの長さに戻ってしまうので、被測定物の高温時における正確な温度を知ることができない。
【０００７】
上記問題に対処するため、次のような方法も提案されている。即ち、上記のナノメートルサイズの微小温度計を空気中の被測定物中に入れることにより、ガリウム柱の先端は被測定物中で酸化されて酸化ガリウムになる。この酸化ガリウムは固体であり、かつ、カーボンナノチューブと強固に接着する。このため、微小温度計を被測定物中から取り出し、温度が変化しても酸化ガリウムの先端部の位置は変化しないので、この位置を後から計測することにより被測定物の温度を正確に知ることができる（例えば、特許文献３、非特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２２７８０６号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７７６２号公報
【特許文献３】特開２００５−２４２５６号公報
【非特許文献１】P.Ajayan、他、Nature,361巻、333 頁、1993年
【非特許文献２】Y.H.Gao 、他、Nature, 415 巻、599 頁、2002年
【非特許文献３】Y.H.Gao 、他、Appl.Phys.Lett.83 巻、2913頁、2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３や非特許文献３に開示されている方法においても、電子顕微鏡による長さの観察や測定が必要であり、装置が大きく高価となり、しかも、簡単に測定することができないという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、よく知られている白金抵抗温度計と同様に、物質の電気抵抗が温度によって変化することを利用し、抵抗を測定することによって温度を計測する、新規なナノメートルサイズの微小温度計とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のナノメートルサイズの微小温度計は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブからなる抵抗素子を含み、抵抗素子の温度により変化する抵抗を測定して温度計測を行なうことを特徴とする。
さらに、本発明のナノメートルサイズの微小温度計は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブの両端に設けられた電極と、からなる抵抗素子を温度検知素子とすることを特徴とする。
上記構成において、カーボンナノチューブは、好ましくは、その長さが１〜１０μｍ、直径が３０〜１５０ｎｍである。
上記構成によれば、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブの抵抗が温度により変化する。この抵抗と温度との関係を予め求めておく。任意の測定環境にガリウムが内含されたカーボンナノチューブを設置して、その抵抗を測定することにより、予め求めておいた抵抗と温度との関係から逆算して、測定環境の温度を求めることができる。
【００１２】
上記構成において、カーボンナノチューブには、ガリウムが空隙なく充填されている。このように、カーボンナノチューブ内にガリウムが充填されているので、ガリウムの温度変化による抵抗値から逆算して、測定環境の温度を求めることができる。
【００１３】
上記カーボンナノチューブには、部分的にガリウムが充填されていてもよい。この場合には、カーボンナノチューブ内のガリウムの膨張する温度範囲内で変化する抵抗領域と、カーボンナノチューブ内がガリウムの膨張によりガリウムで満たされた温度以上における抵抗領域からなる異なる抵抗変化が得られる。このガリウムの温度変化による抵抗値から逆算して、測定環境の温度を求めることができる。さらに、カーボンナノチューブ内のガリウムのない空隙が、温度上昇に伴うガリウムの膨張により消滅したときには、大きな抵抗変化が生じる。この大きな抵抗変化を利用すれば、カーボンナノチューブ内のガリウム空隙が消滅する温度を検知するスイッチとなる。
【００１４】
また、本発明の微小温度計の製造方法は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブの両端に電極を設ける工程を含むことを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、メタンガスと窒素ガスとを流しながら、窒化ガリウム粉末を１３００℃に加熱することにより、ガリウムを内含したカーボンナノチューブを形成する。この構成によれば、予め基板に電極を形成しておき、ガリウムを内含したカーボンナノチューブの分散液を滴下することで、ナノメートルサイズの微小温度計を得ることができる。
【００１５】
上記構成において、さらに、カーボンナノチューブにガリウムが充填されない空隙を設ける工程を施してもよい。このように、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブに、ガリウムが充填されない空隙を設ける工程を施すことにより、この空隙の温度上昇による消滅が生起する、ナノメートルサイズの微小温度計を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マイクロメートルサイズの環境において広い温度範囲で温度計測ができる。即ち、一種類の微小温度計で−８０℃から５００℃までの範囲の温度計測が可能となる。さらに、よく知られているように、ガリウムは一旦融解して液体状態になると過冷却状態を維持し凝固温度が著しく下がるので、広範囲の温度計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は、本発明の実施形態に係るナノメートルサイズの微小温度計の構成を模式的に示す平面図であり、図２及び図３は、図１のＸ−Ｘ方向に沿う断面図である。図１に示すように、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１は、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ（以下、適宜、ガリウム内含カーボンナノチューブと言う。）２からなる抵抗素子１０を、含み構成されている。
ガリウム内含カーボンナノチューブ２は、基板５上に設けられた電極３，４上に接続して固定されている。電極３，４は金属薄膜などから成る導電性薄膜として形成されている。基板５としては、絶縁体からなる基板や酸化膜で被覆された半導体基板を用いることができる。
【００１８】
図２に示す本発明のナノメートルサイズの微小温度計１においては、両端が閉じたカーボンナノチューブ６の中空部内に、ガリウム７が空隙なく充填されている。
【００１９】
これに対して、図３に示す本発明のナノメートルサイズの微小温度計１Ａにおいては、両端が閉じたカーボンナノチューブ６には、その中空部に部分的にガリウム７が充填されており、さらに、ガリウム７が充填されていない空隙８が部分的に存在し、全体として、空隙８を有するガリウム７が内含されたカーボンナノチューブ２となっている。この空隙８は、ガリウム内含カーボンナノチューブ２を、原子間力顕微鏡のカンチレバーを操作することなどにより形成することができる。この空隙８は、カーボンナノチューブ６内に複数設けてもよい。
【００２０】
ガリウム内含カーボンナノチューブ２は、好ましくは、その長さが１〜１０μｍ、直径は３０〜１５０ｎｍである。例えば、カーボンナノチューブ６の内径を約２５ｎｍとし、その壁の厚さを約６ｎｍとすることができる。
【００２１】
図４は、本発明のナノメートルサイズの微小温度計による温度測定を模式的に説明する図である。図４に示すように、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１において、ガリウム内含カーボンナノチューブからなる抵抗素子１０の電極３，４には、銅線などからなる導線９，９を介して抵抗測定手段１５が接続されている。
ここで、抵抗測定手段１５はガリウム内含カーボンナノチューブからなる抵抗素子の電気抵抗（以下、単に抵抗と呼ぶ）を測定できれば何でもよく、直流及び交流を用いた方法からなる抵抗測定器などで構成することができる。最も簡便な方法は、抵抗素子１０の電極３，４に直流電圧（Ｖ）源を接続し、このとき抵抗素子１０に流れる電流（Ｉ）を測定し、抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｖ／Ｉとして計算すればよい。この抵抗測定器のような抵抗測定手段１５は、集積回路などの能動素子や各種受動部品からなる電子回路により製作することができる。
【００２２】
図５は、図２のナノメートルサイズの微小温度計１における温度と抵抗との関係を示す図である。図２に示すように、カーボンナノチューブ６内にガリウム７が空隙なく充填されている場合には、ガリウム内含カーボンナノチューブ２からなる抵抗素子１０の抵抗は、カーボンナノチューブ６に充填されているガリウム７による抵抗となる。つまり、温度の上昇と共に、その抵抗値は増大する。この場合、抵抗素子１０の周囲温度をＴとすると、そのときの抵抗素子１０の抵抗Ｒが抵抗測定手段１５により検出される。
【００２３】
したがって、予め、温度を変えたときのガリウム内含カーボンナノチューブ２からなる抵抗素子１０の抵抗を測定し、この抵抗素子１０に対する温度と電気抵抗の関係を求めておく。次に、ナノメートルサイズの微小温度計１を、被測定物中に挿入し、その抵抗を測定することにより、被測定物の周囲の未知の温度を測定することができる。このように、ガリウム内含カーボンナノチューブ２からなる抵抗素子１０は、温度検知素子として機能する。
【００２４】
図６は、図３のナノメートルサイズの微小温度計１Ａにおける温度と抵抗との関係を示す図である。図の矢印Ｄの太い点線で示す抵抗値は、図５で説明したカーボンナノチューブ６内にガリウム７が空隙なく充填されている場合の抵抗である。
図６に示すように、カーボンナノチューブ６内にガリウムの空隙８がある場合には、低温Ｔ1 においては、ガリウムの空隙８により抵抗が大きい状態となっている（図６のＡ参照）。低温Ｔ1 からＴ2 の温度範囲では、温度の上昇によりカーボンナノチューブ６内のガリウムが膨張するので抵抗値は減少する（図６のＡ参照）。空隙８内でガリウム同士が接触し始める温度Ｔ2 （抵抗はＲ2 ）以上になると、抵抗は急減し、空隙８が消滅する温度Ｔ3 での抵抗はＲ3 となる（（図６のＢ参照））。
一方、Ｔ3 以上の温度、例えばＴ4 においては、カーボンナノチューブ６内にガリウムが充填されているので、図５に示したカーボンナノチューブ６内にガリウム７が空隙なく充填されている場合の抵抗と同じになる（図６のＣ参照）。
したがって、このナノメートルサイズの微小温度計１Ａの場合にも、温度と電気抵抗の関係を求めておけば、被測定物周囲の未知の温度を測定することができる。
【００２５】
ナノメートルサイズの微小温度計１及び１Ａにおける、図５及び６の抵抗変化は、低温から高温、逆に高温から低温と変えても変化しない、即ち可逆性がある。特に、カーボンナノチューブ６内にガリウムの空隙８がある場合のナノメートルサイズの微小温度計１Ａにおいては、ガリウムの空隙８が消滅するときの温度Ｔ3 を検出することができる。この場合には、温度がＴ2 〜Ｔ3 のときに、Ｒ2 からＲ3 への急激な抵抗変化が生じる。この抵抗変化をスイッチとしてしても利用することができる。
【００２６】
これにより、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１，１Ａによれば、マイクロメートルサイズのような微小サイズの環境において広い温度範囲で温度計測が可能となる。よく知られているように、ガリウムは一旦融解して液体状態になると、過冷却状態を維持し凝固温度が著しく下がるので、−８０℃から５００℃までの範囲の温度計測が可能となる。さらに、一種類の温度計で広い範囲の温度を計測することができる。
【００２７】
次に、本発明のナノメートルサイズの微小温度計１の製造方法について説明する。
最初に、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ２の製造方法を説明する。先ず、窒化ガリウムの粉末を坩堝に入れて、坩堝を高周波誘導加熱装置などによる加熱装置の反応管内に設置する。そして、反応管内を減圧した後に、所定流量の窒素ガスとメタンガスとの混合ガスを反応管内に導入し、誘導加熱コイルにより坩堝を所定の温度に加熱する。この加熱により坩堝内の窒化ガリウムが昇華及び分解し、ガリウムを生成する。そして、反応管内で坩堝よりも温度が低い箇所に、ガリウムの液滴が生成される。
一方、メタンガスの分解によりカーボンクラスターが生成するので、このカーボンクラスターがガリウム液滴と連続的に合体する。この一連の反応により、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ２が成長する。
【００２８】
また、上記の製造方法で得た所定の寸法のガリウム内含カーボンナノチューブ２を、原子間力顕微鏡を用いて、原子間力顕微鏡のカンチレバーを所定の圧力で押圧することで、内含するガリウムを押しのけて空隙８を形成することができる。
【００２９】
次に、このように成長させたガリウム内含カーボンナノチューブ２を用いた、抵抗体１０の製造方法について説明する。
最初に、基板５の全面に電極となる材料をスパッタ蒸着した後、リソグラフィー技術により電極３，４を加工する。
上記基板５に、ガリウム内含カーボンナノチューブの分散液を滴下し乾燥する。次に、電極３，４とガリウム内含カーボンナノチューブ２との間に交流電圧を印加して、電極３，４とガリウム内含ナノチューブ２とを確実に接触させる。
最後に、ナノメートルサイズの微小温度計１を走査型電子顕微鏡で観察し、ガリウム内含カーボンナノチューブ２の配置や形状、電極３，４との接触具合を確認する。
以上のようにして製造された抵抗体１０に抵抗測定手段１５を接続して、ナノメートルサイズの微小温度計１又は１Ａを得ることができる。
【実施例１】
【００３０】
次に、実施例を示してさらに具体的に説明する。
最初に、ガリウムが内含されたカーボンナノチューブ２を以下のように作製した。
窒化ガリウム粉末１．０ｇをグラファイト製坩堝に入れ、この坩堝を縦型高周波誘導加熱装置の中に設置した。反応管を１０-3Ｐａまで減圧した後、流量２０００ｓｃｃｍ (standard cubic cm per minute) の窒素ガスと流量１５ｓｃｃｍのメタンガスとの混合ガスを流しながら、１３００℃で窒化ガリウムの昇華と分解を行い、ガリウム液滴を生成させた。このようにして生成したガリウムの液滴は、反応管中の約８００℃の部分に形成された。
一方、メタンの分解によりカーボンクラスターが生成し、これがガリウム液滴と連続的に合体して、ガリウムを内含したカーボンナノチューブ２に成長した。このとき得られたカーボンナノチューブ２の内径は約２５ｎｍであり、その壁の厚さは約６ｎｍで、長さは数μｍであった。そして、このカーボンナノチューブ２内には、ガリウムが充填されていた。
【００３１】
次に、得られたカーボンナノチューブ２を電極３，４間に配置して、抵抗素子１０を作製した。
厚さ２０ｎｍの二酸化珪素膜の付いたシリコン基板５に、厚さ３０ｎｍのタングステンでコートされた厚さ１０ｎｍのチタンの金属膜をスパッタで成膜し、さらにリソグラフィーにより電極３，４に加工することで、電極３，４間の距離が１μｍの電極付きシリコン基板を作製した。この基板上の電極３，４間にガリウムを内含したカーボンナノチューブ２のエタノール分散液を超音波処理して滴下した。
そして、周波数２ｋＨｚで３Ｖの交流電圧を印加することにより、カーボンナノチューブ２と各金属電極３，４との接触を強固にして抵抗体１０を作製した。
【００３２】
作製したナノメートルサイズの微小温度計１の電極３，４間に、０．０１Ｖの直流電圧を印加して、ホットプレート上で温度を上昇させながら抵抗を測定した。
図７は、実施例１のガリウムを内含したカーボンナノチューブを有するナノメートルサイズの微小温度計１を用いて、温度に対する抵抗値を測定した結果を示す図である。図において、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗値（Ω）を示す。
図７から明らかなように、、測定環境の温度が上昇すると抵抗値が直線的に増加することが分かる。また、温度が１℃上昇する毎に電気抵抗が１．２７Ω上昇することが分かった。この関係を利用することにより、温度未知の物体にこの微小温度計１を挿入し、電気抵抗を測定すれば温度を求めることができた。
【実施例２】
【００３３】
実施例２として、カーボンナノチューブ内にガリウムの空隙８を設けたナノメートルサイズの微小温度計１Ａを作製した。
先ず、実施例１と同様にガリウム内含カーボンナノチューブ２を作製した。
次に、ガリウム内含カーボンナノチューブ２の部分に原子間力顕微鏡のカンチレバーを３００ｎＮの力で押し付けて、内含するガリウムを押しのけて空隙８を形成した。この空隙８の大きさは、カーボンナノチューブの長さ方向に１３０ｎｍであった。このガリウムの空隙８を設けたカーボンナノチューブを、実施例１と同様に基板に載置して、ナノメートルサイズの微小温度計１Ａを作製した。
【００３４】
図８は、実施例２の空隙を有するガリウム内含カーボンナノチューブ２の走査型電子顕微鏡像の一例であり、（ａ）〜（ｄ）は、その温度が１９℃、６３℃、３４３℃、４３０℃の場合の各像である。
図８（ａ）において、中央部の上下方向が空隙を有するガリウム内含カーボンナノチューブ２であり、その真中の白い部分が空隙８で、この空隙８の上部及び下部の黒い部分がガリウム７である。
図８（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、温度が１９℃、６３℃、３４３℃まで上昇するとガリウムが膨張するので、カーボンナノチューブ２内の空隙８の長さは短くなることが分かり、４３０℃では空隙８は完全に消滅し、１本の連続したガリウム柱となることが判明した。
【００３５】
次に、ナノメートルサイズの微小温度計１Ａをホットプレート上に載せて、実施例１と同じ方法で抵抗を測定した。
図９は、実施例２の空隙を有するナノメートルサイズの微小温度計１Ａの温度に対する抵抗の関係の一例を示す図である。図において、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗値（ｋΩ）を示す。図中の白四角の抵抗値Ｒ（図１０の−□−参照）は、測定データである。実線の抵抗値Ｒ* は、ガリウム内含カーボンナノチューブ２と電極３，４との接触抵抗の温度依存性を考慮したもので、図８の測定結果から求めた温度１℃上昇に対して抵抗値の増加分（１．２７Ω／℃）と温度との積を、測定データから差し引いて補正した抵抗である。
【００３６】
図９から分かるように、測定し補正した抵抗値は、温度上昇に伴って直線的に減少して、１７５℃で急激に減少し、その後は実施例１の場合と同様にやや増加した。また、ガリウム内含カーボンナノチューブ２は、抵抗が大きい空隙８を含んでいるため、温度が上昇する前の低温（１７５℃以下）における抵抗は大きくなっている。このため、温度の上昇とともにガリウム７の膨張で空隙８の長さが短くなり、抵抗が直線的に低下している。このとき、温度が１℃上昇する毎に抵抗値は４．５９Ω低下している。
【００３７】
したがって、この関係を利用し、温度未知の物体中にこの微小温度計１Ａを挿入して抵抗を測定すれば温度が求まる。なお、実施例２では空隙が１７５℃で消滅し、これより高い温度での抵抗値が実施例１よりも高くなっているが、これはカンチレバーで押し付けたときカーボンナノチューブの直径が変動したことによると推定される。図９の場合では、上記１７５℃よりも高い温度で空隙が消滅している。したがって、実施例２で用いたガリウム内含カーボンナノチューブ２よりも、空隙８の長さを長くすれば、さらに高温までの温度を計測できることは明らかである。
【００３８】
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、実施例においては、交流電圧印加による電極の接合強化方法を用いたが、他の方法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るナノメートルサイズの微小温度計の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ方向に沿う断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ方向に沿う別の断面図である。
【図４】本発明のナノメートルサイズの微小温度計による温度測定を模式的に説明する図である。
【図５】図２のナノメートルサイズの微小温度計における温度と抵抗との関係を示す図である。
【図６】図３のナノメートルサイズの微小温度計における温度と抵抗との関係を示す図である。
【図７】実施例１のガリウムが内含されたカーボンナノチューブを有するナノメートルサイズの微小温度計の温度に対する抵抗値を示す図である。
【図８】実施例２の空隙を有するガリウム内含カーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡像の一例であり、（ａ）〜（ｄ）は、その温度が１９℃、６３℃、３４３℃、４３０℃の場合の各像である。
【図９】実施例２の空隙を有するナノメートルサイズの微小温度計において、温度に対する抵抗の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ナノメートルサイズの微小温度計
２：ガリウム内含カーボンナノチューブ
３，４：電極
５：基板
６：カーボンナノチューブ
７：ガリウム
８：空隙
９：導線
１０：抵抗素子
１５：抵抗測定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウムが内含されたカーボンナノチューブからなる抵抗素子を含み、該抵抗素子の温度により変化する抵抗を測定して温度計測を行なうことを特徴とする、ナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項２】
ガリウムが内含されたカーボンナノチューブと、
該カーボンナノチューブの両端に設けられた電極と、
からなる抵抗素子を温度検知素子とすることを特徴とする、ナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは、その長さが１〜１０μｍで、直径が３０〜１５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブに、ガリウムが空隙なく充填されていることを特徴とする、請求項３に記載のナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブに、部分的にガリウムが充填されていることを特徴とする、請求項３に記載のナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項６】
ガリウムが内含されたカーボンナノチューブの両端に、電極を設ける工程を含むことを特徴とする、ナノメートルサイズの微小温度計の製造方法。
【請求項７】
メタンガスと窒素ガスとを流しながら、窒化ガリウム粉末を１３００℃に加熱することにより、前記ガリウムを内含したカーボンナノチューブを形成することを特徴とする、請求項６に記載のナノメートルサイズの微小温度計の製造方法。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブにガリウムが充填されない空隙を設ける工程を施すことを特徴とする、請求項６に記載のナノメートルサイズの微小温度計の製造方法。
【請求項１】
ガリウムが内含されたカーボンナノチューブからなる抵抗素子を含み、該抵抗素子の温度により変化する抵抗を測定して温度計測を行なうことを特徴とする、ナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項２】
ガリウムが内含されたカーボンナノチューブと、
該カーボンナノチューブの両端に設けられた電極と、
からなる抵抗素子を温度検知素子とすることを特徴とする、ナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは、その長さが１〜１０μｍで、直径が３０〜１５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブに、ガリウムが空隙なく充填されていることを特徴とする、請求項３に記載のナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブに、部分的にガリウムが充填されていることを特徴とする、請求項３に記載のナノメートルサイズの微小温度計。
【請求項６】
ガリウムが内含されたカーボンナノチューブの両端に、電極を設ける工程を含むことを特徴とする、ナノメートルサイズの微小温度計の製造方法。
【請求項７】
メタンガスと窒素ガスとを流しながら、窒化ガリウム粉末を１３００℃に加熱することにより、前記ガリウムを内含したカーボンナノチューブを形成することを特徴とする、請求項６に記載のナノメートルサイズの微小温度計の製造方法。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブにガリウムが充填されない空隙を設ける工程を施すことを特徴とする、請求項６に記載のナノメートルサイズの微小温度計の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１０１５０３（Ｐ２００７−１０１５０３Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９５４３６（Ｐ２００５−２９５４３６）
【出願日】平成１７年１０月７日（２００５．１０．７）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月７日（２００５．１０．７）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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